Wasserhaushalt 2022

Kartenbeschreibung

Veränderung 2022

Die Ergebnisse der Wasserhaushaltsmodellierung 2022 weichen zum Teil stark von den Ergebnissen von 2017 ab und sind nur bedingt miteinander vergleichbar. Folgende Änderungen in der Methode und der Datengrundlage haben Auswirkungen auf die Ergebnisse:

• Erstmals wurden 2022 die Straßenflächen getrennt von den Block(teil)flächen bearbeitet, sodass jetzt auch optisch eine flächendeckende Kartierung des Wasserhaushalts vorliegt. Einerseits lagen erstmal getrennte Datengrundlagen vor und andererseits wurde ABIMO im Forschungsprojekt AMAREX dafür weiterentwickelt.
• Viele scheinbare Änderungen zwischen 2017 und 2022 sind dadurch begründet, dass die Datengrundlage der regenwasserkanalisierten Flächen enorm verfeinert wurde. Bis 2017 wurde die Annahme verfolgt, dass Flächen, die an eine Regenwasser- bzw. Mischwasserkanalisation grenzen, auch regenwasserkanalisiert sind. 2022 standen erstmals Anschlusspunkte pro Block(teil)fläche zur Verfügung. Zudem konnten auch Straßenflächen lagebezogen vorhandene Regenwasseranschlusspunkte zugeordnet werden (BWB 2022). Die Zuweisung der Kanalisation erfolgte erstmal flächendeckend individuell und nicht für einzelne Flächennutzungen pauschal (z.B. waren bis 2017 Parks pauschal nicht regenwasserkanalisiert).
  Dies hat vor allem in den Außenbereichen Änderungen beim Oberflächenabfluss und der Versickerung hervorgebracht. In vielen Bereichen sind hier nur die Straßenflächen, nicht aber die Block(tei)flächen an die Regenkanalisation angeschlossen. Hier wird die Realität 2022 dadurch besser abgebildet als noch 2017.
  Jedoch treten nun wenige Straßenabschnitte (ca. 30 Stück) in der Innenstadt in der Versickerungskarte 2022 hervor. Diese Flächen (z.B. 0000000001000806 in der Taubenstraße nahe dem Gendarmenmarkt) sind laut Datengrundlage nicht regenwasserkanalisiert, weisen jedoch einen sehr hohen Versiegelungsgrad (im Beispiel 100 %) auf. Dies führt im Modell ABIMO dazu, dass kein Oberflächenabfluss, sondern nur Versickerung berechnet wird. Diese Flächen fallen mit Werten von mehr als 450 mm Versickerung auf. Dies ist nicht real und muss in Zukunft entweder in den Datengrundlagen oder im Modell ABIMO korrigiert werden.
• Durch die 2022 verwendete Grünvolumenzahl pro Block(teil)- und Straßenfläche anstelle von pauschalen Verdunstungswerten je Flächennutzung sind in den Parks große Unterschiede zu 2017 zu erkennen.
  Gut zu sehen ist der Unterschied in der Verdunstung vor allem an den großflächigen Parks, dem Großen Tiergarten mit über 500 mm und z.B. den Grünflächen auf dem Tempelhofer Feld mit 370 mm.
  Die Verwendung von flächenspezifischen Werten führt hier in jedem Fall zu einer realeren Betrachtung der Verdunstung im Modell ABIMO.
  Durch die Nutzung der Grünvolumenzahl treten in der Karte der Verdunstung bei Ackerflächen auch große Unterschiede zu 2017 auf. Dies ist auch dadurch begründet, dass bis 2017 pauschale Werte angenommen wurden.
• Neue methodische Vorgaben bei der Karte „Versickerung ohne Berücksichtigung der Versiegelung“:
  Als Referenzszenario für einen natürlichen Wasserhaushalt wurde nicht nur die Versiegelung auf 0 % angepasst (wie bis 2017), sondern für bisher versiegelte Flächen eine Stadtparklandschaft mit einer Mischung aus begrünten und baumbestandenen Flächen (Ertragsklasse = 50) angenommen.

Kartenbeschreibung

Die Karte des Gesamtabflusses (Karte 02.13.3) zeigt für die hoch versiegelten Innenstadtbereiche (S-Bahn-Ring) Gesamtabflüsse im Bereich von 350-450 mm/Jahr, im hochverdichteten City-Bereich und einigen Industriegebieten liegen die Werte noch darüber. Hier verdunsten also – bezogen auf die Niederschlagsmesswerte (in 1 m Höhe), die etwa 10-15 % unter den bodengleichen Niederschlägen liegen – nur etwa 150 mm/Jahr (Karte 02.13.5). Die locker bebauten Außenbereiche der Stadt weisen Abflüsse von 250-350 mm/Jahr auf. Verglichen mit den Abflüssen des unversiegelten Außenraumes oder der Umgebung Berlins, wo die Werte etwa um 150 mm/Jahr liegen, kann Berlin als Insel stark erhöhter Abflüsse betrachtet werden.

Die Reduzierung der Verdunstung (Karte 02.13.5) durch Versiegelung und Vegetationsmangel führt zu 2-3-fach erhöhten Abflüssen gegenüber dem natürlichen Zustand.

In einigen Bereichen treten bedingt durch geringe Niederschläge bei gleichzeitig geringem Flurabstand Grundwasserzehrungen, also negative Werte der Abflussbildung, auf, da hier die Vegetation durch die Nachlieferung aus dem Grundwasser mehr Wasser verdunsten kann als durch die Niederschläge zugeführt wird.

Die Karte des Oberflächenabflusses (02.13.1) zeigt, dass in den kanalisierten Gebieten der Innenstadt durchschnittlich etwa 250 mm/Jahr der Kanalisation zugeführt werden. Die Spitzenwerte liegen bei mehr als 400 mm/Jahr. Im Außenbereich sind es – in den kanalisierten Gebieten – um die 100 mm/Jahr.

Die Karte der Versickerung (02.13.2) zeigt, dass in der Innenstadt zwischen 100 und 150 mm/Jahr Niederschlag versickert wird. Deutlich höhere Versickerungsleistungen um 250 mm/Jahr weisen die lockerer bebauten Siedlungsgebiete des Außenbereichs auf, so z.B. in den Großsiedlungen und Punkthochhäusern (1960er – 1990er Jahre) in Marzahn. In den Gebieten mit geringem Anschlussgrad an die Kanalisation steigen die Werte bis auf 300 mm/Jahr. In den nicht kanalisierten Siedlungsgebieten versickert der gesamte Abfluss mit etwa 300-350 mm/Jahr und Maximalwerten von über 400 mm/Jahr. In den Wäldern versickert im Vergleich mit 50-100 mm/Jahr wenig. Hier sind wird ein großer Anteil des Niederschlags verdunstet, sodass nur wenig versickert.

Im Ergebnis lässt sich festhalten:

• Der durch den hohen Versiegelungsgrad der Innenstadt bedingte Effekt der reduzierten Durchlässigkeit der Böden wird durch den Effekt der Herabsetzung der Verdunstung zu großen Teilen wieder aufgehoben, so dass die innerstädtischen Versickerungsleistungen höher sind, als zunächst angenommen wurde und nahezu “natürlichen” Verhältnissen entsprechen.
• Ausschlaggebend für die Versickerungsleistung ist erst in zweiter Linie das Ausmaß der Versiegelung, in erster Linie wird sie durch den tatsächlichen Anschlussgrad an die Kanalisation bestimmt. Die Art der Versiegelung, d.h. die unterschiedlichen Versickerungsleistungen der verschiedenen Belagsarten spielt ebenfalls eine bedeutende Rolle.
• Durch die Herabsetzung der Verdunstung durch die Versiegelung in den locker bebauten Bereichen bei gleichzeitig geringem Anschlussgrad an die Kanalisation sind die Versickerungsleistungen in diesen Gebieten am höchsten und betragen etwa das Doppelte der “natürlichen” Versickerung.

Die Verdunstung der Gewässerflächen, die in der Karte nicht dargestellt werden, liegt etwa 160 mm/Jahr über den auf sie herabgehenden Niederschlägen, so dass den Gewässern Berlins insgesamt ca. 8 Mio. m³ Wasser im Jahr durch Verdunstung entzogen werden.

Bei einigen hochversiegelten Flächen lagen keine Angaben darüber vor, ob das anfallende Regenwasser über die Kanalisation abgeleitet wird. Aus diesem Grunde wird für diese Flächen der gesamte entstehende Abfluss in den Karten als Versickerung ausgewiesen. Der Grad der Versiegelung und die Höhe des Abflusses lässt es jedoch in einigen Fällen als unwahrscheinlich erscheinen, dass das Wasser tatsächlich versickert. Daraus folgt, dass der Anteil des Oberflächenabflusses eher unterschätzt, der der Versickerung eher überschätzt wird. Dies trifft auch auf die Straßenabschnitte (ca. 30 Stück) in der Innenstadt (z.B. 0000000001000806 in der Taubenstraße nahe dem Gendarmenmarkt) zu.

Mit Hilfe der Flächengrößen der Bezugsflächen konnten auch die Abflussvolumen errechnet und anschließend bilanziert werden (vgl. Tab. 3).

Tab. 3: Langjährige Mittelwerte der Abflussbildung mit Berücksichtigung der begrünten Dächer (ermittelt mit ABIMO 3.2), Stand 2022

Die Berechnungen zeigen, dass etwa 58 % des Niederschlages verdunsten und damit etwa 230 Mio. m³/Jahr als Gesamtabfluss zur Verfügung stehen. Zwei Drittel des Gesamtabflusses versickern in den Untergrund, ein Drittel wird über die Kanalisation abgeführt. Obwohl die Mischkanalisation nur etwa ein Viertel der gesamten kanalisierten Fläche einnimmt, entsteht hier fast ein Drittel des Oberflächenabflusses. Stellt man die versickernde Wassermenge von ca. 156 Mio. m³, die nicht vollständig dem Grundwasser zugeführt wird, dem Trinkwasserverbrauch von ca. 228 Mio. m³/Jahr (AfS 2019) gegenüber, wird deutlich, dass hier ein erhebliches Defizit besteht. Dieses Defizit wird durch oberirdische Zuflüsse (Spree, Havel) sowie die unterirdische Heranführung von Grundwasser aus dem Umland ausgeglichen. Das Oberflächenwasser wird bei ufernahen Grundwasserentnahmen als Uferfiltrat sowie durch Grundwasseranreichungsanlagen an den Wasserwerken genutzt.

Im Informationssystem Stadt und Umwelt liegt für jede kanalisierte Fläche des Trennsystems die Angabe vor, in welchen Vorfluter bzw. in welches Gewässer oder in welchen Gewässerabschnitt sie entwässert (vgl. Karte 02.09.2, 2022). So können Bilanzen erstellt werden, welche Regenmengen die Gewässer im Durchschnitt aufzunehmen haben. Betroffen sind etwa 250 Gewässer oder Gewässerabschnitte. Tabelle 4 zeigt die abschnittsweise zusammengefassten Einleitungsmengen in die Gewässer Berlins. Die Oberflächenabflüsse im Bereich des Mischsystems werden mit Ausnahme der Anteile, die bei Starkregen über die Notauslässe der Pumpwerke und die Regenüberläufe des Kanalnetzes ebenfalls direkt in die Gewässer gelangen, den Klärwerken zugeführt, von wo aus sie nach einer entsprechenden Abwasserbehandlung zusammen mit dem ebenfalls behandelten Schmutzwasser in die Gewässer eingeleitet werden.

Tab. 4: Regenwasserableitung in die Kanalisation - Einzugsgebiete und Abflüsse (langjährige Mittel, Stand 2022)

Mit ABIMO steht ein Instrument zur Verfügung, mit dem auch Simulationen mit veränderten Ausgangsbedingungen vorgenommen werden können. Insbesondere ist hier die Abschätzung der zu erwartenden Veränderung des Wasserhaushalts durch Klimaänderungen (Löschner 2008) oder städtebauliche Projekte. Die Abschätzung der Effekte von Entsiegelungsmaßnahmen oder Abkopplungsmaßnahmen ist durch das AMAREX Webtool (https://amarex-staging.netlify.app/amarex) erstmals möglich. Änderungen der Modellparameter durch Einbeziehung aktueller Untersuchungsergebnisse sind mit der Veröffentlichung unter https://github.com/KWB-R/kwb.rabimo jederzeit möglich. Dabei ist zu betonen, dass mit ABIMO nur Jahresmittelwerte modelliert werden können. Eine Simulation von z.B. Starkregenereignissen ist nicht möglich.

Versickerung ohne Berücksichtigung der Versiegelung

Die Karte der Versickerung ohne Berücksichtigung der Versiegelung (02.13.4) zeigt gegenüber der Versickerungskarte, in der die Versiegelung berücksichtigt wurde zum Teil erheblich veränderte Verhältnisse.

Mit 200-250 mm jährlicher Versickerung erreichen die stark anthropogen veränderten aber unversiegelten Böden der Innenstadt und der Industriegebiete die höchsten Versickerungsleistungen im Stadtgebiet, gefolgt von den überwiegend sandigen Gebieten des Urstromtals und den sandigen Teilen der Hochflächen mit ca. 150-200 mm. Sind die sandigen Böden mit Stadtparklandschaft mit einer Mischung aus begrünten und baumbestandenen Flächen bestanden, sinkt die durchschnittliche jährliche Versickerung auf 100-150 mm, da die Bäume auf Grund ihrer Wurzeltiefe wesentlich mehr Wasser verdunsten können. Bedingt durch die höhere Wasserspeicherfähigkeit der lehmigen Böden der Hochflächen des Teltows und des Barnims, kann hier von der Vegetation ebenfalls wesentlich mehr Wasser verdunstet werden, so dass nur noch ca. 50-100 mm versickern. In Bereichen mit flurnahem Grundwasser tritt durch den Kapillaraufstieg von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflusste Bodenzone eine erhöhte Verdunstung auf, so dass im Jahresdurchschnitt nur noch weniger als 50 mm versickern. Liegt die reale Verdunstung höher als der Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, d.h. die berechneten Werte sind negativ.

Werden die Daten der Karte 02.13.4 für die Abschätzung der Folgen zusätzlicher Versiegelungen im Rahmen von Planverfahren verwendet, ist folgendes zu beachten:

Die in der Karte angegebenen Versickerungsleistungen werden durch Versiegelungen nur dann auf Null reduziert, wenn die geplante Versiegelung tatsächlich völlig wasserundurchlässig ist (Dachflächen, Asphalt) und das Niederschlagswasser von diesen Flächen vollständig in die Kanalisation abgeleitet wird. Sind teilweise wasserdurchlässige Versiegelungen geplant oder soll das ablaufende Niederschlagswasser nur teilweise in die Kanalisation abgeführt werden, sind hinsichtlich der Reduzierung der Versiegelungsleistung entsprechende Abschläge vorzunehmen. Für genauere Berechnungen empfiehlt sich die Anwendung des AMAREX Webtools (https://amarex-staging.netlify.app/amarex) .

Delta-W

Die Karte Delta-W zeigt die Abweichung zum natürlichen Wasserhaushalt. Dabei wird als Referenzszenario für einen natürlichen Wasserhaushalt eine unversiegelte und unbebaute Fläche in einer Stadtparklandschaft mit einer Mischung aus begrünten und baumbestandenen Flächen (Ertragsklasse = 50) angenommen.

Wie erwartet treten hohe Abweichungen in dicht bebauten, stark versiegelten und wenig begrünten Flächen auf. Tabelle 5 zeigt die Abweichungen pro Flächentyp.

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde darüber hinaus untersucht, ob und in welcher Weise die Parameter des Wasserhaushalts mit anderen klimatischen Phänomenen korrelieren. Dabei zeigte sich unter anderem, dass Delta-W als Indikator für die mittlere sommerliche Tagestemperatur verwendet werden kann. Es konnte eine gute Korrelation sowohl mit den Tag- als auch mit den Nachttemperaturen in den Block(teil)flächen nachgewiesen werden. Flächen, die Straßen zugeordnet sind, weisen hingegen eine weniger ausgeprägte Korrelation auf – vermutlich aufgrund thermodynamischer Effekte, des Wärmetransports, von Luftbewegungen sowie von Faktoren wie Verschattung und Straßenorientierung, die in ABIMO nicht berücksichtigt werden. Die Lufttemperaturdaten stammen aus der Klimaanalyse 2022 (vgl. Umweltatlas 04.10, 2022).

Tab. 5: Abweichung des Wasserhaushalts vom natürlichen Wasserhaushalt pro Flächentyp, Stand 2022